Výhody a omezení 3D organoidů a ex vivo kultivace nádorových tkání v personalizované medicíně pro karcinom prostaty

MIČKOVÁ, Alena, Martin MORONG, Monika LEVKOVÁ, Daniela KURFÜRSTOVÁ, Gvantsa KHARAISHVILI, Ivo ÜBERALL, Vladimír ŠTUDENT, Stanislav DRÁPELA, Karel SOUČEK and Jan BOUCHAL. Výhody a omezení 3D organoidů a ex vivo kultivace nádorových tkání v personalizované medicíně pro karcinom prostaty (Advantages and limitations of 3D organoids and ex vivo tumor tissue culture in personalized medicine for prostate cancer). Klinicka Onkologie. Czech Medical Association J.E. Purkyne, 2022, vol. 35, No 6, p. 473-481. ISSN 0862-495X. Available from: https://dx.doi.org/10.48095/ccko2022473.

Basic information

• Original name: Výhody a omezení 3D organoidů a ex vivo kultivace nádorových tkání v personalizované medicíně pro karcinom prostaty
• Name (in English): Advantages and limitations of 3D organoids and ex vivo tumor tissue culture in personalized medicine for prostate cancer
• Authors: MIČKOVÁ, Alena, Martin MORONG, Monika LEVKOVÁ, Daniela KURFÜRSTOVÁ, Gvantsa KHARAISHVILI, Ivo ÜBERALL, Vladimír ŠTUDENT, Stanislav DRÁPELA (203 Czech Republic, belonging to the institution), Karel SOUČEK (203 Czech Republic, belonging to the institution) and Jan BOUCHAL.
• Edition: Klinicka Onkologie, Czech Medical Association J.E. Purkyne, 2022, 0862-495X.

Other information

• Original language: Czech
• Type of outcome: Article in a journal
• Field of Study: 30204 Oncology
• Country of publisher: Czech Republic
• Confidentiality degree: is not subject to a state or trade secret
• WWW: URL
• RIV identification code: RIV/00216224:14310/22:00128943
• Organization unit: Faculty of Science
• Doi: http://dx.doi.org/10.48095/ccko2022473
• Keywords (in Czech): organoidy; tkáňová kultivace ex vivo; personalizovaná medicína; karcinom prostaty
• Keywords in English: ex vivo tissue culture; organoids; personalized medicine; prostate cancer
• Tags: rivok
• Tags: Reviewed

Abstract

Východiska: Současné in vitro modelové systémy plně neodrážejí biologickou a klinickou diverzitu karcinomu prostaty (prostate cancer – PCa). Or- ganoidy jsou 3D in vitro buněčné kultury, které mohou lépe rekapitulovat heterogenitu onemocnění a zachovat vlastnosti původního nádoru. Krát- kodobá ex vivo kultivace PCa tkání může také usnadnit testování léčiv v personalizované medicíně. Materiál a metody: Pro organoidní kultivaci jsme zpracovali jak nádorovou, tak normální tkáň od 50 pacientů, kteří podstoupili radikální prostatektomii nebo transuretrální resekci prostaty. Kromě toho jsme využili techniku ex vivo tkáňové kultivace a provedli krátkodobý experiment s použitím gemcitabinu a inhibitoru Chk1 MU380 ve vzorcích od 10 pacientů. Výsledky: Celkem jsme byli schopni kultivovat organoidy z 58 % nádorových (29/50) a 69 % normálních tkání (20/29). Imunohisto- chemické barvení dvou reprezentativních případů odhalilo buněčnou pozitivitu na pan-cytokeratin potvrzující přítomnost epiteliálních buněk. Nad- měrná exprese proteinů AMACR a ERG v nádorech však nebyla zachována v organoidech. Dalším omezením bylo udržení organoidů pouze do první pasáže, obvykle po dobu 3 týdnů. Dále byly provedeny krátkodobé testy v ex vivo kultuře nádorových tkání od deseti pacientů. Tkáňové vzorky z prostatektomií většinou vykazovaly nízkou míru proliferace a Ki-67 pozitivity. Další nevýhodou tohoto přístupu byla nekonzistentní morfologie mezi jednotlivými tkáňovými fragmenty. Pouze jeden případ vykazoval vysokou míru proliferace pro testování léčiv a nádorová tkáň byla přítomna ve všech testovaných vzorcích. V naší práci také poskytujeme přehled nedávných studií a podrobné srovnání kultivačních podmínek. Závěr: Podařilo se nám ustavit kultury organoidů i fragmentů tkání z primárních nádorů prostaty. Exprese nádorových markerů však nebyla zachována v získaných organoidech. Nekonzistentní morfologie a nízká proliferace ztěžovaly interpretaci výsledků testování léčiv u většiny případů. Přesto mohou být tyto přístupy slibné při použití tkání z metastatického kastračně rezistentního karcinomu prostaty.

Abstract (in English)

Background: Current in vitro model systems do not fully reflect the biological and clinical diversity of prostate cancer (PCa). Organoids are 3D in vitro cell cultures that may better recapitulate disease heterogeneity and retain parental tumor characteristics. Short-term ex vivo culture of PCa tissues may also facilitate drug testing in personalized medicine. Materials and methods: For organoid culture, we have processed both cancer and normal tissues from 50 patients who underwent radical prostatectomy or transurethral resection of the prostate. In addition, we exploited the ex vivo tissue culture technique and performed short-term chemotherapy assay using gemcitabine and Chk1 inhibitor MU380 in 10 patient samples. Results: In total, we were able to cultivate organoids from 58% of tumors (29/ 50) and 69% of normal tissue (20/ 29). Im-munohistochemical staining of two representative cases revealed cell positivity for pan-cyto-keratin confirming the presence of epithelial cells. However, the overexpression of AMACR and ERG proteins in tumors was not recapitulated in organoids. Another limitation was the propa-gation of organoids only up to 3 weeks till the first passage. Next, a short-term drug test was performed for ten patients using ex vivo tissue culture. Samples from prostatectomies mostly presented a low proliferation rate as assessed by Ki-67 staining. Another drawback of this ap-proach was inconsistent tissue morphology among particular tissue fragments. Only one case showed a high proliferation rate for drug testing and tumor tissue was present in all tested samples. In our work, we also provide an overview of recent studies and a detailed comparison of culture conditions. Conclusion: We have established cultures of both organoids and tissue fragments from PCa patient samples. However, the expression of tumor markers was not recapitulated in organoids. Inconsistent morphology among tissue fragments and low proliferation hampered the interpretation of the drug testing in most cases. Still, these approaches may be promising using tissues from metastatic castration-resistant prostate cancer.

Links

• LM2018130, research and development project: Name: Národní infrastruktura chemické biologie (Acronym: CZ-­OPENSCREEN)

Investor: Ministry of Education, Youth and Sports of the CR